JP2019210870A - 非常用ディーゼル発電設備並びにこれに用いる加熱水供給ポンプ、潤滑油供給ポンプ及び空気駆動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源が全く得られない停電状態となった場合であっても、非常用ディーゼル発電設備を始動可能とする。【解決手段】ディーゼル機関と、ディーゼル機関に連動する主発電機と、圧縮空気を充填する空気貯槽と、圧縮空気を駆動源として電力を発生する空気駆動発電機と、加熱水供給ポンプと、を備えた非常用ディーゼル発電設備であって、ディーゼル機関は、圧縮空気を用いて始動することができる構成を有し、加熱水供給ポンプは、圧縮空気を駆動源として加熱水をディーゼル機関に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、非常用ディーゼル発電設備並びにこれに用いる加熱水供給ポンプ、潤滑油供給ポンプ及び空気駆動発電機に関する。

従来、発電用プラント等において用いられる非常用ディーゼル発電設備は、外部電源が得られない場合に、空気貯槽に充填された圧縮空気をディーゼル機関のシリンダに供給し、ディーゼル機関及び主発電機を始動するものである。

発電用プラントが稼動し出力運転が行われている場合は、非常用ディーゼル発電設備は、待機状態にある。機関軸受及び発電機軸受には、常用の電源によりポンプが稼働し、常時又は間欠的に潤滑油が供給されている。これにより、機関軸受及び発電機軸受に潤滑油膜が形成されている。供給される潤滑油は、ディーゼル機関の始動時間短縮のため、常用電源によりヒータ加熱され、暖機運転が行われている。

一方、ディーゼル機関のシリンダの周囲には、常用の電源によりポンプが稼働し、常時又は間欠的に加熱水が供給され、暖機運転が行われている。

非常用ディーゼル発電設備は、非常時に加えて、定期的な状態確認のためのサーベランス運転が要求される。この際にも、外部電源を用いた暖機運転を行う。

特許文献１には、始動期間の短縮を目的として、ディーゼル機関と、ディーゼル機関の回転軸に連結されるロータを有する第１発電機と、圧縮空気を用いてディーゼル機関を始動させる始動装置と、軸受に潤滑油を供給する第１潤滑油供給ポンプと、ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により駆動される第２潤滑油供給ポンプと、ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により駆動される第２発電機と、第２発電機で発生した電力が供給され、第２潤滑油供給ポンプによって軸受に供給される潤滑油を加熱する加熱装置と、を備えた非常用ディーゼル発電設備が開示されている。

特開２０１０−７７８５６号公報

特許文献１に記載の非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により発電機を駆動し、この発電機で発生した電力により、軸受に供給される潤滑油を加熱することはできる。

しかしながら、ディーゼル機関のシリンダの温度が低い場合、着火不良が生じ、ディーゼル機関の始動ができない場合がある。

あらかじめシリンダの温度を高めておくためには、待機状態にある非常用ディーゼル発電設備のディーゼル機関のシリンダを常時加温しておく必要がある。この点で、大きな経済的な損失が発生する。さらに、非常用のバッテリー等の何らかの電源が使用可能であることを前提とした構成である場合、その電源が使用不能となると、非常用ディーゼル発電設備を始動することが困難となること点で改善の余地があった。

本発明の目的は、外部電源が全く得られない停電状態となった場合であっても、非常用ディーゼル発電設備を始動可能とすることにある。

本発明の非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関と、ディーゼル機関に連動する主発電機と、圧縮空気を充填する空気貯槽と、圧縮空気を駆動源として電力を発生する空気駆動発電機と、加熱水供給ポンプと、を備え、ディーゼル機関は、圧縮空気を用いて始動することができる構成を有し、加熱水供給ポンプは、圧縮空気を駆動源として加熱水をディーゼル機関に供給する。

本発明によれば、外部電源が全く得られない停電状態となった場合であっても、非常用ディーゼル発電設備を始動することができる。

実施例１の非常用ディーゼル発電設備を示す概略構成図である。 図１の加熱水供給ポンプを示す断面図である。 図１の空気駆動発電機を示す断面図である。 実施例２の非常用ディーゼル発電設備を示す概略構成図である。 図４の潤滑油供給ポンプを示す断面図である。

本発明は、外部電源が得られない停電状態に用いる非常用ディーゼル発電設備に関する。この非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関及び主発電機を有し、始動する際には、ディーゼル機関のシリンダ冷却室に暖機運転用の加熱水を供給するとともに、ディーゼル機関及び主発電機の軸受に潤滑油を供給する。

本発明は、外部電源を使用する待機運転を不要とし、ディーゼル機関の始動要求に対して、外部電源なしでディーゼル機関を始動し、かつ、暖機運転状態を形成する技術である。

なお、ディーゼル機関の始動要求は、外部電源が得られなくなった際、残された電源を用いて、事故事象を検知した場合に、始動電磁弁をオンにするための電気信号が送られることにより発せられる。場合によっては、作業員が停電の状況を確認し、始動電磁弁をオンにする操作をしてもよい。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。

図１は、実施例１に係る非常用ディーゼル発電設備の概略構成を示したものである。

本図において、非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関１と、主発電機２と、空気貯槽１２を含む始動空気系（始動装置）と、燃料タンク１５を含む燃料油系（燃料油供給装置）と、冷却水冷却器２０を含む冷却水系（冷却水供給装置）と、潤滑油タンク２７を含む潤滑油系（潤滑油供給装置）と、加熱水供給ポンプ６０を含む始動補助装置と、を備えている。

ディーゼル機関１は、シリンダ３、シリンダ３内に配置されたピストン４、連接棒８（コネクティングロッド）及びクランク軸７を有する。シリンダ３は、入口側のシリンダ冷却室５及び出口側のシリンダ冷却室６を有する。ピストン４は、連接棒８に連結されている。連接棒８は、クランク軸７に連結されている。クランク軸７は、軸受９（機関軸受）で支持されている。シリンダ３には、さらに、吸気パイプ１８及び排気パイプ１９が接続されている。

主発電機２は、軸受１１（発電機軸受）で支持されたロータ１０を有する。ロータ１０は、クランク軸７に連結されている。クランク軸７とロータ１０とは、連動するように構成されている。

始動空気系の空気貯槽１２には、圧縮空気１３が蓄えられている。空気貯槽１２は、空気配管１４によってシリンダ３に接続されている。

燃料油系の燃料タンク１５には、燃料油１６が蓄えられている。燃料タンク１５は、燃料油配管１７によりシリンダ３に接続されている。燃料タンク１５は、シリンダ３よりも高い位置に配置され、燃料タンク１５内の燃料油１６が自重によりシリンダ３内に供給されるようになっている。

冷却水系の冷却水冷却器２０は、清水２１を貯留し、冷水が流れる伝熱管との熱交換により、清水２１を冷却する。このほか、冷却水系は、清水供給管２２（冷却水吸込配管）と、清水ポンプ２３と、冷却水機関入口配管２４と、冷却水機関出口配管２５と、を有する。この系統により、清水２１は、入口側のシリンダ冷却室５に供給され、シリンダ３を冷却し、その後、出口側のシリンダ冷却室６から冷却水冷却器２０に戻されるようになっている。清水ポンプ２３は、クランク軸７に連結されており、クランク軸７の回転によって回転される。

潤滑油系の潤滑油タンク２７は、潤滑油２８を貯留する。このほか、潤滑油系は、潤滑油供給ポンプ２６と、潤滑油冷却器３１と、を有する。潤滑油２８は、潤滑油タンク２７から潤滑油タンク出口配管３０及び潤滑油冷却器入口配管３２を介して潤滑油供給ポンプ２６により潤滑油冷却器３１に送られるようになっている。

潤滑油冷却器３１からは、潤滑油冷却器出口配管３３及び潤滑油供給配管３６により、クランク軸７を支持する軸受９とロータ１０を支持する軸受１１とに送られる。潤滑油冷却器出口配管３３には、逆止弁１３３が設けられている。軸受９、１１からは、潤滑油機関出口配管２９（潤滑油戻り管）により潤滑油タンク２７に戻される。潤滑油供給ポンプ２６も、クランク軸７に連結されており、クランク軸７の回転によって回転される。

潤滑油系は、出力運転時は、潤滑油供給ポンプ２６により稼働する。

また、外部電源が得られず停電状態となった場合に備えて、清水加熱器５７、空気駆動発電機５４、加熱水供給ポンプ６０及び空気貯槽１２が設けられている。

清水加熱器５７は、電気ヒータ５８を有する。電気ヒータ５８の電源は、空気駆動発電機５４である。空気駆動発電機５４は、空気貯槽１２に充填された圧縮空気１３により稼働するようになっている。圧縮空気１３は、急速始動用である。空気駆動発電機５４には、空気貯槽１２から圧縮空気１３を送るための圧縮空気供給配管１３８が接続されている。圧縮空気供給配管１３８には、圧縮空気供給弁１３７が設けられている。

なお、圧縮空気供給弁１３７は、外部電源が得られなくなった際、残された電源を用いて、事故事象を検知した場合に、開とするための電気信号が送られることにより動作する。場合によっては、作業員が停電の状況を確認し、圧縮空気供給弁１３７を開とする操作をしてもよい。

清水加熱器５７には、冷却水機関出口配管２５の分岐管である清水加熱器入口配管６２から、シリンダ３の冷却に用いられた冷却水の一部が送られるようになっている。清水加熱器５７で加熱された水は、加熱水吸込配管６１を介して、加熱水６４として加熱水供給ポンプ６０により吸引され、加熱水吐出配管６３を介して入口側のシリンダ冷却室５に送られるようになっている。

加熱水供給ポンプ６０には、空気貯槽１２から圧縮空気１３を送るための圧縮空気供給配管３８が接続されている。圧縮空気供給配管３８には、圧縮空気供給弁３７が設けられている。圧縮空気１３は、加熱水供給ポンプ６０を駆動し、空気排出配管４２から外部に排出されるようになっている。

図２は、図１の加熱水供給ポンプの詳細を示したものである。

図２において、加熱水供給ポンプ６０は、ケーシング２４４、空気タービン２４３、回転軸２３３及びポンプインペラ２４５を有している。空気タービン２４３、回転軸２３３及びポンプインペラ２４５は、ケーシング２４４内に配置されている。回転軸２３３は、ケーシング２４４に設置された軸受２３４によって支持されている。

ケーシング２４４に設置されたシール２４９は、ケーシング２４４内において、空気タービン２４３が配置された空間と、ポンプインペラ２４５が配置された空間とを隔てるものである。

加熱水供給ポンプ６０は、支持部材２５０によって架台２５１に設置されている。

空気タービン２４３の空気入口側には圧縮空気供給配管３８が、空気タービン２４３の空気排出側には空気排出配管４２が接続されている。空気貯槽１２（図１）からの圧縮空気１３は、圧縮空気供給配管３８を介して供給される。

ポンプインペラ２４５側のケーシング２４４には、加熱水吸込配管６１及び加熱水吐出配管６３が接続されている。ポンプインペラ２４５は、空気タービン２４３の回転に伴って回転し、加熱水吸込配管６１から供給される加熱水６４を加熱水吐出配管６３に送り出す。

図３は、図１の空気駆動発電機を示す断面図である。

本図において、空気駆動発電機５４は、ケーシング４４、空気タービン４３、回転軸４７、回転子５６及び固定子５５を有している。空気タービン４３、回転軸４７、回転子５６及び固定子５５は、ケーシング４４内に配置されている。回転軸４７は、ケーシング４４に設置された軸受４８によって支持されている。空気タービン４３及び回転子５６は、回転軸４７に取り付けられている。ケーシング４４に設置された環状の固定子５５は、回転子５６の周囲を取り囲んでいる。回転子５６の界磁には、永久磁石が使用されている。このため、回転子５６に対する励磁電源は、不要である。

ケーシング４４に設置されたシール４９は、ケーシング４４内において、空気タービン４３が配置された空間と、回転子５６及び固定子５５が配置された空間とを隔てるものである。

空気駆動発電機５４は、支持部材５０によって架台５１に設置されている。

空気タービン４３の空気入口側には圧縮空気供給配管１３８が、空気タービン４３の空気排出側には空気排出管１４２が接続されている。空気貯槽１２（図１）からの圧縮空気１３は、圧縮空気供給配管１３８を介して供給される。

本実施例の非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関１の始動要求があった場合、次のようにして稼働する。

始動空気系においては、空気貯槽１２に充填された圧縮空気１３が空気配管１４を通じてディーゼル機関１のシリンダ３に供給される。そして、供給された圧縮空気１３の膨張力によりピストン４が動作する。これにより、連接棒８が動き、クランク軸７が回転するとともに、シリンダ３の内部に溜まっていた燃料油１６が着火する。これにより、燃料油１６が自動的にシリンダ３に供給されるようになり、ディーゼル機関１の運転が連続的に行われるようになる。

シリンダ３には、吸気パイプ１８から外気が供給され、ディーゼル機関１の運転により発生した燃焼ガスは、排気パイプ１９から排出される。

圧縮空気供給弁１３７を開くことにより、空気貯槽１２からの圧縮空気１３により空気駆動発電機５４を運転し、発電を行う。これにより発生した電力を電気ヒータ５３に供給し、清水加熱器５７により清水を加熱する。同時に、圧縮空気供給配管３８を開くことにより、空気貯槽１２からの圧縮空気１３により加熱水供給ポンプ６０を駆動する。

加熱水供給ポンプ６０から加熱水吐出配管６３を介して入口側のシリンダ冷却室５に送られた加熱水６４により、シリンダ３が必要な温度に加熱される。これにより、シリンダ３の着火性を確保し、ディーゼル機関１の始動を補助することができる。

図４は、実施例２に係る非常用ディーゼル発電設備の概略構成を示したものである。

以下の説明においては、実施例１との相違点について述べる。実施例１と同様の構成については、説明を省略する。

本図に示すように、本実施例の非常用ディーゼル発電設備は、実施例１の構成に加え、潤滑油加熱器５２と、潤滑油供給ポンプ３９と、を有する。潤滑油加熱器５２は、電気ヒータ５３を有する。電気ヒータ５３の電源は、空気駆動発電機５４である。

すなわち、本実施例においては、清水加熱器５７にて清水を加熱するとともに、潤滑油加熱器５２にて潤滑油を加熱する。これにより、暖機運転を十分に行うことができる。

潤滑油供給ポンプ３９には、空気貯槽１２から圧縮空気１３を送るための圧縮空気供給配管２３８が接続されている。圧縮空気供給配管２３８には、圧縮空気供給弁２３７が設けられている。圧縮空気１３は、潤滑油供給ポンプ３９を駆動し、空気排出配管２４２から外部に排出されるようになっている。

潤滑油供給ポンプ３９が稼働すると、潤滑油加熱器５２で加熱された潤滑油は、潤滑油吸込配管４０を介して吸引される。吸引された潤滑油２４０は、潤滑油吐出配管４１を介して潤滑油冷却器出口配管３３に送られ、潤滑油供給配管３６を経由して軸受９、１１に供給される。なお、潤滑油吐出配管４１には、逆止弁２４１が設けられている。

潤滑油加熱器５２においては、加熱された潤滑油が吸引されるが、潤滑油タンク２７に貯留されている潤滑油２８が潤滑油供給配管３４を介して補充される。

図５は、図４の潤滑油供給ポンプの詳細を示したものである。

図５において、潤滑油供給ポンプ３９は、ケーシング５４４、空気タービン５４３、回転軸５３３及びポンプインペラ５４５を有している。空気タービン５４３、回転軸５３３及びポンプインペラ５４５は、ケーシング５４４内に配置されている。回転軸５３３は、ケーシング５４４に設置された軸受５３４によって支持されている。

ケーシング５４４に設置されたシール５４９は、ケーシング５４４内において、空気タービン５４３が配置された空間と、ポンプインペラ５４５が配置された空間とを隔てるものである。

潤滑油供給ポンプ３９は、支持部材５５０によって架台５５１に設置されている。

空気タービン５４３の空気入口側には圧縮空気供給配管２３８が、空気タービン５４３の空気排出側には空気排出配管２４２が接続されている。空気貯槽１２（図１）からの圧縮空気１３は、圧縮空気供給配管２３８を介して供給される。

ポンプインペラ５４５側のケーシング５４４には、潤滑油吸込配管４０及び潤滑油吐出配管４１が接続されている。ポンプインペラ５４５は、空気タービン５４３の回転に伴って回転し、潤滑油吸込配管４０から供給される潤滑油２４０を潤滑油吐出配管４１に送り出す。

本発明によれば、外部電源を使用する待機運転が不要となることから、従来技術より安価な非常用ディーゼル発電設備を構成することが可能となる。また、本発明によれば、外部電源が不要となり、独立したシステム構成となることから、始動の確実性が向上した非常用ディーゼル発電設備を構成することが可能となる。

本発明によれば、外部電源が得られない非常時以外において、外部電源により駆動する潤滑油プライミングポンプを用いて、ディーゼル機関及び発電機の軸受に潤滑油を常時供給する必要がなくなる。また、本発明によれば、外部電源なしで軸受に潤滑油を供給して、十分な油膜を形成した状態でディーゼル機関及び発電機を始動することができる。

本発明によれば、空気駆動の加熱水供給ポンプを用いてディーゼル機関のシリンダ廻りに加熱水を供給することができ、常用電源を使用しないで暖機運転を行うことができるため、従来に比べ、大きな経済的効果が得られる。

本発明の非常用ディーゼル発電設備は、加圧水型原子力発電プラント等の他の原子力発電プラントに適用することができる。さらに、本発明の非常用ディーゼル発電設備は、火力発電プラント及び化学プラントにも適用することができる。

１：ディーゼル機関、２：主発電機、３：シリンダ、４：ピストン、５：入口側のシリンダ冷却室、６：出口側のシリンダ冷却室、７：クランク軸、８：連接棒、９、１１：軸受、１０：ロータ、１２：空気貯槽、１３：圧縮空気、１４：空気配管、１５：燃料タンク、１６：燃料油、１７：燃料油配管、１８：吸気パイプ、１９：排気パイプ、２０：冷却水冷却器、２１：清水、２２：清水供給管、２３：清水ポンプ、２４：冷却水機関入口配管、２５：冷却水機関出口配管、２６：潤滑油供給ポンプ、２７：潤滑油タンク、２８：潤滑油、２９：潤滑油機関出口配管、３０：潤滑油タンク出口配管、３１：潤滑油冷却器、３２：潤滑油冷却器入口配管、３３：潤滑油冷却器出口配管、３４：潤滑油供給配管、３６：潤滑油供給配管、３７：圧縮空気供給弁、３８：圧縮空気供給配管、３９：潤滑油供給ポンプ、４０：潤滑油吸込配管、４１：潤滑油吐出配管、４２：空気排出配管、４３：空気タービン、４４：ケーシング、４７：回転軸、４８：軸受、４９：シール、５０：支持部材、５１：架台、５２：潤滑油加熱器、５３：電気ヒータ、５４：空気駆動発電機、５５：固定子、５６：回転子、５７：清水加熱器、５８：電気ヒータ、６０：加熱水供給ポンプ、６１：加熱水吸込配管、６２：清水加熱器入口配管、６３：加熱水吐出配管、６４：加熱水、２３３：回転軸、２４３：空気タービン、２４５：ポンプインペラ、５３３：回転軸、５４３：空気タービン、５４５：ポンプインペラ。

Claims (8)

1. ディーゼル機関と、
   前記ディーゼル機関に連動する主発電機と、
   圧縮空気を充填する空気貯槽と、
   前記圧縮空気を駆動源として電力を発生する空気駆動発電機と、
   加熱水供給ポンプと、を備え、
   前記ディーゼル機関は、前記圧縮空気を用いて始動することができる構成を有し、
   前記加熱水供給ポンプは、前記圧縮空気を駆動源として加熱水を前記ディーゼル機関に供給する、非常用ディーゼル発電設備。
2. 前記電力は、水を加熱して前記加熱水とすることに用いられる、請求項１記載の非常用ディーゼル発電設備。
3. 前記ディーゼル機関は、シリンダ冷却室を有するシリンダと、ピストンと、を有し、
   前記加熱水は、前記シリンダ冷却室に供給される、請求項１又は２に記載の非常用ディーゼル発電設備。
4. さらに、前記圧縮空気を駆動源とする潤滑油供給ポンプを備え、
   前記ディーゼル機関は、前記ピストンの動力を伝達する連接棒と、クランク軸と、を有し、
   前記主発電機は、ロータを有し、
   前記クランク軸及び前記ロータは、軸受で支持され、
   前記クランク軸と前記ロータとは、連動するように構成され、
   前記潤滑油供給ポンプは、潤滑油を前記軸受に供給する、請求項３記載の非常用ディーゼル発電設備。
5. 前記電力は、前記潤滑油の加熱に用いられる、請求項４記載の非常用ディーゼル発電設備。
6. ディーゼル機関と、前記ディーゼル機関に連動する主発電機と、圧縮空気を充填する空気貯槽と、を備えた非常用ディーゼル発電設備に用いるポンプであって、
   前記圧縮空気を駆動源として加熱水を前記ディーゼル機関に供給する、加熱水供給ポンプ。
7. ディーゼル機関と、前記ディーゼル機関に連動する主発電機と、圧縮空気を充填する空気貯槽と、を備えた非常用ディーゼル発電設備に用いるポンプであって、
   前記ディーゼル機関は、ピストンの動力を伝達する連接棒と、クランク軸と、を有し、
   前記主発電機は、ロータを有し、
   前記クランク軸及び前記ロータは、軸受で支持され、
   前記クランク軸と前記ロータとは、連動するように構成され、
   前記圧縮空気を駆動源として潤滑油を前記軸受に供給する、潤滑油供給ポンプ。
8. ディーゼル機関と、前記ディーゼル機関に連動する主発電機と、圧縮空気を充填する空気貯槽と、を備えた非常用ディーゼル発電設備に用いる発電機であって、
   前記圧縮空気を駆動源として電力を発生し、その電力を用いて水を加熱する、空気駆動発電機。

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